一种动力装置及飞行器的制作方法

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1.本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种动力装置及飞行器。

背景技术：

2.随着科技的发展，飞行器的种类越来越多，例如固定翼飞行器、四旋翼飞行器、涵道风扇飞行器等。在众多飞行器种类中，以涵道为动力的涵道飞行器，因其有着涵道且为包裹螺旋桨的方式，使得该飞行器的飞行更加安全，能够降低桨叶气动干涉使得气动效率更高，同时涵道飞行器可工作于室内、矿洞等狭小环境中，使得涵道飞行器成为人们研究的重点。
3.目前，涵道飞行器的动力装置一般是通过中心轴的电机驱动轮毂带动叶片旋转的方式进行工作，该方式存在一定的缺陷：中心轴和轮毂的存在占据了涵道较大的空气流通空间，涵道内部的扰流较为严重，气流阻力较大，影响飞行器的推力，为了保证叶片工作时具有足够的流通面积，通常设计采用加大叶片外径的方式，但叶片外径的增大造成叶尖线速度的增加，会导致噪声的增大，而且在气动作用下叶尖处容易变形导致效率降低；轮毂与叶片的连接处常常存在边界层分离和二次流，影响了能量的转换效果，同时降低了叶片做功效率；为了防止叶片的叶尖与涵道发生剐蹭，两者之间通常会留有间隙，即叶顶间隙，运行时，叶片压力面的高压气体会绕过叶顶间隙流入叶片吸力面，这样不仅产生了流量的泄漏，造成流量损失，而且破坏了气场的稳定性，最终导致整机效率的降低。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种动力装置及飞行器，解决了现有技术中存在的上述问题。
5.为了实现上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：一种动力装置，包括环形涵道，所述环形涵道内设有至少一组反向旋转的风扇；所述风扇包括扇叶，所述扇叶转动设置在环形涵道内，扇叶的两端分别设有第一转子和第二转子，所述环形涵道的内壁和外壁分别设有第一定子和第二定子，所述第一定子和第二定子分别与第一转子和第二转子相互配合，以驱使扇叶在环形涵道内转动。
6.作为本发明的一种可选方案，所述环形涵道设有进气口和出气口，所述出气口设有导流装置，所述导流装置用于调节出气口的气流方向，以控制动力装置的飞行方向。
7.作为本发明的一种可选方案，所述导流装置包括若干可调节角度的导流板，若干导流板用于调节出气口的气流方向。
8.作为本发明的一种可选方案，所述进气口设有辅助调节装置，所述辅助调节装置用于调节进气口的进气流量，以辅助控制动力装置的飞行方向。
9.作为本发明的一种可选方案，还包括供电装置，所述供电装置连接有驱动电路，所述驱动电路分别与第一定子和第二定子的线圈连接。
10.作为本发明的一种可选方案，所述供电装置包括动力电池组，所述动力电池组与
驱动电路连接，动力电池组连接有发电机，所述发电机的排气口和散热器均伸入环形涵道中。
11.另一方面，本发明采用以下技术方案：一种飞行器，包括上述的动力装置，还包括机舱和动力舱，所述环形涵道设置于机舱和动力舱之间，机舱和动力舱之间连接有支撑骨架。
12.作为本发明的一种可选方案，所述机舱为筒状结构，所述动力舱为碟形结构，机舱的外壁设置第一定子，动力舱的内壁设置第二定子。
13.作为本发明的一种可选方案，所述机舱的顶部设有降落伞舱，所述降落伞舱的外壁设有辅助调节装置。
14.作为本发明的一种可选方案，所述辅助调节装置包括若干活动翼和固定翼，所述活动翼和固定翼用于调节进气口的进气流量，所述固定翼设置在进气口上方，以防止降落伞舱的降落伞在开伞时伞绳被吸入环形涵道中。
15.作为本发明的一种可选方案，所述支撑骨架包括若干层水平支撑杆，所述水平支撑杆的两端分别与机舱和动力舱连接。
16.作为本发明的一种可选方案，所述机舱的顶部高于动力舱的顶部，机舱的顶部与动力舱的顶部之间连接有刚性拉绳。
17.作为本发明的一种可选方案，所述机舱的底部设有伸缩起落架，所述动力舱的底部设有斜撑杆。
18.本发明的有益效果为：
19.1.本发明在环形涵道内设置至少一组反向旋转的风扇，反向旋转不仅可抵消单个风扇单向旋转的反作用力达到扭矩自平衡，而且能够提供沿环形涵道方向喷射式的气流，为飞行器提供较大推力。
20.2.本发明在扇叶的两端分别设置第一转子和第二转子，第一定子和第二定子分别与第一转子和第二转子相互配合，从而驱使扇叶在环形涵道内转动，该设计取消了传统的轮毂，极大的提高了环形涵道的气体流通面积，避免了叶顶间隙的气流泄漏以及影响气场稳定性的问题，减少了气体流动阻力，使气体流动更加均匀，确保了飞行器的工作稳定性，同时降低了飞行器的噪声。
21.3.本发明结构简单紧凑，停放方便，安全性高，航速快，与同载荷直升机比较，减少了旋翼和机尾尺寸，提高了动力装置的工作效率和续航；与同载荷多轴旋翼机比较，机体尺寸及旋翼尺寸减少50％，动力效率、航速和航程大幅度提升，而且安全性大幅提高，无裸露旋翼和坠机风险。
附图说明
22.图1是本发明一种实施方式的结构示意图。
23.图中：1-环形涵道；2-扇叶；3-第一转子；4-第二转子；5-第一定子；6-第二定子；7-导流板；8-动力电池组；9-发电机；10-散热器；11-机舱；12-动力舱；13-降落伞舱；14-活动翼；15-固定翼；16-水平支撑杆；17-刚性拉绳；18-伸缩起落架；19-斜撑杆。
具体实施方式
24.实施例
25.如图1所示，本实施例提供了一种动力装置，其应用于涵道飞行器中，如无人机、直升机等。该动力装置包括环形涵道1，所述环形涵道1内设有至少一组反向旋转的风扇。所述环形涵道1的顶部和底部分别设有进气口和出气口，风扇通过进气口向环形涵道1内吸气，同时出气口向下排气，对飞行器产生向上的推力，从而为飞行器提供飞行动力。由于环形涵道1内设有至少一组反向旋转的风扇，即环形涵道1内至少具有一个进气风扇和一个压力风扇，进气风扇和压力风扇上下水平布置，进气风扇靠近进气口，进气风扇位于压力风扇的上方，进气风扇和压力风扇的旋转方向相反，其能够抵消对飞行器产生的扭力，维持飞行器的平衡，实现飞行器的垂直升降。在具体应用时，增加进气风扇和压力风扇的功率，进气风扇和压力风扇对飞行器产生的推力大于飞行器的重力时，飞行器便离地垂直上升；减小进气风扇和压力风扇的功率时，飞行器的推力小于飞行器的重力时，飞行器便垂直下降；飞行器的推力等于飞行器的重力时，飞行器便保持悬停状态。
26.具体地，所述风扇包括扇叶2，所述扇叶2通过轴承转动设置在环形涵道1内，扇叶2的两端分别设有第一转子3和第二转子4，所述环形涵道1的内壁和外壁分别设有第一定子5和第二定子6，所述第一定子5和第二定子6分别与第一转子3和第二转子4相互配合，以驱使扇叶2在环形涵道1内转动。为第一定子5和第二定子6的线圈提供电能，第一定子5和第二定子6产生交替的励磁磁场，并作用于第一转子3和第二转子4上，从而驱动扇叶2在环形涵道1内旋转，为飞行器提供动力。本发明在环形涵道1内设置至少一组反向旋转的风扇，反向旋转不仅可抵消单个风扇单向旋转的反作用力达到扭矩自平衡，而且能够提供沿环形涵道1方向喷射式的气流，为飞行器提供较大推力。
27.本发明在扇叶2的两端分别设置第一转子3和第二转子4，第一定子5和第二定子6分别与第一转子3和第二转子4相互配合，从而驱使扇叶2在环形涵道1内转动，该设计取消了传统的轮毂，极大的提高了环形涵道1的气体流通面积，避免了叶顶间隙的气流泄漏以及影响气场稳定性的问题，减少了气体流动阻力，使气体流动更加均匀，确保了飞行器的工作稳定性，同时降低了飞行器的噪声。
28.在本实施例中，所述出气口设有导流装置，所述导流装置用于调节出气口的气流方向，以控制动力装置的飞行方向。优选地，所述导流装置包括若干可调节角度的导流板7，若干导流板7用于调节出气口的气流方向。出气口等距设置多片可活动的导流板7，通过调节导流板7的角度，改变出气口的气流方向，以使飞行器获得向左、向右、向前、向后及旋转转向的能力，实现飞行器飞行方向的控制。通过调节导流板7的角度，将大部分高压高速气流向一个方向喷射，可解决飞行器航速慢的问题。进一步地，所述进气口设有辅助调节装置，所述辅助调节装置用于调节进气口的进气流量，以辅助控制飞行器的飞行方向。
29.其中，该动力装置还包括供电装置，所述供电装置连接有驱动电路，所述驱动电路分别与第一定子5和第二定子6的线圈连接。驱动电路控制第一定子5和第二定子6产生交替的励磁磁场，驱使第一转子3和第二转子4上带动扇叶2转动。所述供电装置包括动力电池组8，所述动力电池组8与驱动电路连接，动力电池组8连接有发电机9，发电机9可采用汽油机，所述发电机9的排气口和散热器10均伸入环形涵道1中。该动力装置采用油电混合动力，汽油机发电为动力电池组8充电，动力电池组8驱动进气风扇和压力风扇转动，从而为飞行器
提供飞行动力。本发明采用油电混合动力可以解决纯动力电池存在的重量大、电量小和航程短的问题。
30.如图1所示，本实施例还提供了一种飞行器，包括上述的动力装置，还包括机舱11和动力舱12，所述环形涵道1设置于机舱11和动力舱12之间，机舱11和动力舱12之间连接有支撑骨架。可以将机舱11设置于动力舱12内侧，也可以将动力舱12设置于机舱11内侧，机舱11和动力舱12之间的间隙形成该环形涵道1，机舱11和动力舱12之间通过支撑骨架连接，确保飞行器的结构稳定性。
31.优选地，所述机舱11为筒状结构，所述动力舱12为碟形结构，机舱11的外壁设置第一定子5，动力舱12的内壁设置第二定子6。机舱11位于飞行器中心，其具有较大的空间，用于搭乘乘客或载物等。动力舱12设置在机舱11的外围环形区域中，用于存放发电机9、油箱、动力电池组8和传感器等。
32.在本实施例中，所述机舱11的顶部设有降落伞舱13，所述降落伞舱13的外壁设有辅助调节装置。降落伞舱13为救生弹道，起到应急救援作用，其能够弹出降落伞使飞行器缓慢降落。辅助调节装置设置于降落伞舱13外壁，可调节进气口的进气流量。具体地，所述辅助调节装置包括四片活动翼14和四片固定翼15，固定翼15固定安装在降落伞舱13的外壁，活动翼14活动安装在降落伞舱13的外壁，活动翼14和固定翼15均设置在进气口上方，并靠近进气口，活动翼14和固定翼15可调节进气口的进气流量，为飞行器提供辅助转向作用。固定翼15遮挡一部分进气口，以防止降落伞在开伞时伞绳被吸入环形涵道1中。
33.所述机舱11的顶部高于动力舱12的顶部，机舱11高度为动力舱12高度的1.2-1.5倍，以便驾机人可以观望周边环境。动力舱12和机舱11均为封闭结构，使得飞行器可以在水面停留。所述机舱11的底部设有伸缩起落架18，方便飞行器降落，该飞行器对起降场地要求小，可以在泥土、草地、水面、舰船、屋顶、专用场地等处起降。所述支撑骨架包括多层水平支撑杆16，所述水平支撑杆16穿过环形涵道1，水平支撑杆16的两端分别与机舱11和动力舱12连接。所述动力舱12的底部设有斜撑杆19，机舱11的顶部与动力舱12的顶部之间连接有刚性拉绳17，多层水平支撑杆16、斜撑杆19和刚性拉绳17可加强机舱11与动力舱12的结构稳定性，既保证了飞行器整体结构稳定，又减轻了飞行器的重量。
34.本发明的飞行器具有360度全向机动、垂直起降和水平巡航功能，而且具有结构简单紧凑，重量轻，控制简便，停放方便，安全性高，航速快的优点。与同载荷直升机比较，减少了旋翼和机尾尺寸，提高了动力装置的工作效率和续航；与同载荷多轴旋翼机比较，机体尺寸及旋翼尺寸减少50％，动力效率、航速和航程大幅度提升，而且安全性大幅提高，无裸露旋翼和坠机风险。
35.在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种动力装置，包括环形涵道(1)，其特征在于，所述环形涵道(1)内设有至少一组反向旋转的风扇；所述风扇包括扇叶(2)，所述扇叶(2)转动设置在环形涵道(1)内，扇叶(2)的两端分别设有第一转子(3)和第二转子(4)，所述环形涵道(1)的内壁和外壁分别设有第一定子(5)和第二定子(6)，所述第一定子(5)和第二定子(6)分别与第一转子(3)和第二转子(4)相互配合，以驱使扇叶(2)在环形涵道(1)内转动。2.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述环形涵道(1)设有进气口和出气口，所述出气口设有导流装置，所述导流装置用于调节出气口的气流方向，以控制动力装置的飞行方向。3.根据权利要求2所述的动力装置，其特征在于，所述导流装置包括若干可调节角度的导流板(7)，若干导流板(7)用于调节出气口的气流方向。4.根据权利要求2所述的动力装置，其特征在于，所述进气口设有辅助调节装置，所述辅助调节装置用于调节进气口的进气流量，以辅助控制动力装置的飞行方向。5.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，还包括供电装置，所述供电装置连接有驱动电路，所述驱动电路分别与第一定子(5)和第二定子(6)的线圈连接；所述供电装置包括动力电池组(8)，所述动力电池组(8)与驱动电路连接，动力电池组(8)连接有发电机(9)，所述发电机(9)的排气口和散热器(10)均伸入环形涵道(1)中。6.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的动力装置，还包括机舱(11)和动力舱(12)，所述环形涵道(1)设置于机舱(11)和动力舱(12)之间，机舱(11)和动力舱(12)之间连接有支撑骨架。7.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述机舱(11)为筒状结构，所述动力舱(12)为碟形结构，机舱(11)的外壁设置第一定子(5)，动力舱(12)的内壁设置第二定子(6)。8.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述机舱(11)的顶部设有降落伞舱(13)，所述降落伞舱(13)的外壁设有辅助调节装置。9.根据权利要求8所述的飞行器，其特征在于，所述辅助调节装置包括若干活动翼(14)和固定翼(15)，所述活动翼(14)和固定翼(15)可调节进气口的进气流量，所述固定翼(15)设置在进气口上方，以防止降落伞舱(13)的降落伞在开伞时伞绳被吸入环形涵道(1)中。10.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述支撑骨架包括若干层水平支撑杆(16)，所述水平支撑杆(16)的两端分别与机舱(11)和动力舱(12)连接；所述机舱(11)的顶部高于动力舱(12)的顶部，机舱(11)的顶部与动力舱(12)的顶部之间连接有刚性拉绳(17)；所述机舱(11)的底部设有伸缩起落架(18)，所述动力舱(12)的底部设有斜撑杆(19)。

技术总结

本发明公开了一种动力装置及飞行器，该动力装置包括环形涵道，环形涵道内设有至少一组反向旋转的风扇；风扇包括扇叶，扇叶转动设置在环形涵道内，扇叶的两端分别设有第一转子和第二转子，环形涵道的内壁和外壁分别设有第一定子和第二定子，第一定子和第二定子分别与第一转子和第二转子相互配合，以驱使扇叶在环形涵道内转动。本发明的第一定子和第二定子分别与第一转子和第二转子相互配合，从而驱使扇叶在环形涵道内转动，该设计取消了传统的轮毂，极大的提高了环形涵道的气体流通面积，避免了叶顶间隙的气流泄漏以及影响气场稳定性的问题，减少了气体流动阻力，使气体流动更加均匀，确保了飞行器的工作稳定性，同时降低了飞行器的噪声。的噪声。的噪声。